DE3914550A1 - Signalverarbeitungssystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungssystem für Vi
deosignale.
In P 38 31 524 wurde als Beispiel für ein solches Signalver
arbeitungssystem ein Transcoder vorgeschlagen, der ein Video
signal mit z.B. 1250 Zeilen, einer Bildwechselfrequenz von
z.B. 50 Hz und Zeilensprungverfahren in ein Videosignal mit
gleicher Zeilenzahl, einer verdoppelten Bildwechselfrequenz
und Zeilensprungverfahren (Interlace) transcodiert, um Groß
flächen- und Zwischenzeilen-Flimmern zu beseitigen. Diese
Transcodierung kann bewegungsadaptiv durchgeführt werden.
Bewegungsadaptiv bedeutet, daß Bildpunkte bei statischem
Bildinhalt anders berechnet werden, als bei dynamischen Bild
inhalt. Transcodieren bedeutet, daß ein Fernsehsignal von
einer Norm in eine andere Norm umgewandelt wird.
Die Luminanz-Bildpunkte von wiedergegebenen Halbbildern kön
nen durch ein zwei-aus-sechs-Medianfilter aus empfangenen
Bildpunkten berechnet werden, wie es in P 38 03 605 vorge
schlagen wurde. Ein solches Medianfilter sortiert jeweils
sechs Bildpunkte der Größe ihres Zahlenwerts nach und bildet
den arithmetischen Mittelwert aus den beiden in der Mitte
der Rangfolge einsortierten Bildpunkten. Für Luminanz- bzw.
Chrominanzbildpunkte sind z.B. Zahlenwerte im Bereich von 0
bis 255 üblich.
Die Chrominanz-Bildpunkte von wiedergegebenen Halbbildern
werden durch zeitliche Mittelung von empfangenen Chrominanz-
Bildpunkten gebildet, die in zwei benachbarten empfangenen
Halbbildern die gleiche räumliche Lage haben.
Durch die Verdoppelung der Bildwechselfrequenz wird zwar das
Großflächenflimmern beseitigt und das Zwischenzeilenflimmern
stark reduziert. Es ist dabei aber auch die doppelte Zeilen
frequenz erforderlich. Für ein Videosignal mit z.B. 1250
Zeilen, 100 Hz Bildwechselfrequenz und Zeilensprungverfahren
ergibt sich eine Zeilenfrequenz von 62,5 KHz. Es ist ge
plant, Fernsehgeräte mit einer solchen Zeilenfrequenz herzu
stellen. Allerdings kann durch die Bildwiedergabe im Zwi
schenzeilenverfahren auch bei einer Bildwechselfrequenz von
100 Hz ein vertikal-temporaler Alias, d.h. ein sich bewegen
des Störmuster, entstehen, insbesondere bei dynamischen Bild
inhalten mit hohen vertikalen Frequenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Signalverarbei
tungssystem für Videosignale anzugeben, das bei erhöhter
Bildwechselfrequenz Störmuster durch vertikal-temporalen Ali
as vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Um vertikal-temporalen Alias zu vermeiden, ist eine Bildwie
dergabe ohne Zeilensprung (progressiv) vorteilhaft. Dies wür
de aber eine Zeilenfrequenz von 125 KHz erfordern, was aus
heutiger Sicht zu vertretbaren Kosten kaum als realisierbar
erscheint. Augenphysiologische Untersuchungen haben ergeben,
daß ab einer Bildwechselfrequenz von etwa 75 Hz kein Großflä
chenflimmern mehr wahrgenommen wird.
Für ein entsprechendes Fernsehsignal mit 1250 Zeilen und
75 Hz Bildwechselfrequenz ist eine Zeilenfrequenz von 93,8 KHz
bei Wiedergabe ohne Zeilensprung und von 46,9 KHz bei
Wiedergabe mit Zeilensprung erforderlich gegenüber 125 KHz
bzw. 62,5 KHz. Wenn man berücksichtigt, daß bei Wiedergabe
eines Videosignals ohne Zeilensprung nur etwa 70% der Zeilen
zahl eines Videosignals mit Zeilensprung erforderlich ist,
um die gleiche vertikale Auflösung zu erhalten, so kann die
Zeilenzahl von z.B. 1250 auf 900 ohne Verlust an vertikaler
Auflösung vermindert werden. Dies führt bei einem Videosi
gnal mit 900 Zeilen, 75 Hz Bildwechselfrequenz und Wiederga
be ohne Zeilensprung zu einer Zeilenfrequenz von 67,5 KHz.
Dieser Wert entspricht nahezu dem Wert von 62,5 KHz, der für
die Funktion der geplanten Fernsehgeräte mit 1250 Zeilen und
100 Hz Bildwechselfrequenz erforderlich ist.
Weil die Wiedergabe ohne Zeilensprung vertikal-temporalen
Alias und Zwischenzeilenflimmern, insbesondere bei dynami
schem Bildinhalt, stark reduziert, führt die Wiedergabe ei
nes Fernsehsignals mit 900 Zeilen ohne Zeilensprung und 75 Hz
Bildwechselfrequenz bei vergleichbarem Aufwand für die Ab
lenkschaltung zu einer besseren Bildqualität, als die eines
Fernsehsignals mit 1250 Zeilen mit Zeilensprung und 100 Hz
Bildwechselfrequenz.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein Signalver
arbeitungssystem aus je drei in zeitlicher Richtung aufeinan
derfolgenden Eingangs-Videobildern vier aufeinanderfolgende
progressive Ausgangs-Videobilder erzeugt. Diese Art der Si
gnalverarbeitung, auch Transcodierung genannt, kann bewe
gungsadaptiv durchgeführt werden.
Bei statischem Bildinhalt werden für die Ausgangs-Bildpunkte
Eingangs-Luminanz- bzw. Chrominanz-Bildpunkte in der entspre
chenden räumlichen und zeitlichen Lage wiederholt.
Bei dynamischem Bildinhalt werden für die zu berechnenden
Ausgangs-Luminanzbildpunkte in Bildern mit zeitlich zwischen
den Eingangs-Bildern liegender Position zunächst Zwischenwer
te in der zeitlichen Mitte zwischen den entsprechenden Ein
gangs-Bildpunkten erzeugt. Aus diesen Zwischenwerten und
Bildpunkten zeitlich benachbarter Eingangsbilder werden dann
die Bildpunkte für das Ausgangssignal mit 1,5facher Bild
wechselfrequenz entsprechend den umgekehrt proportionalen
zeitlichen Abständen anteilig zusammengesetzt.
Für die Berechnung der Ausgangs-Chrominanzbildpunkte kann
die Erzeugung von Zwischenwerten in der zeitlichen Mitte zwi
schen den Eingangs-Bildern entfallen. Die Chrominanzbildpunk
te werden dann aus Anteilen von Bildpunkten zeitlich benach
barter Eingangs-Bilder entsprechend den umgekehrt proportio
nalen zeitlichen Abständen anteilig zusammengesetzt.
Jedes vierte Ausgangsbild enthält entsprechende Bildpunkte
jedes dritten Eingangsbildes.
Um ein Fernsehsignal mit 1250 Zeilen mit Zeilensprung und
50 Hz Bildwechselfrequenz in ein Fernsehsignal mit 900 Zei
len ohne Zeilensprung und 75 Hz Bildwechselfrequenz zu trans
codieren, kann das Fernsehsignal zunächst wie in P 38 03 835
vorgeschlagen bewegungsadaptiv in ein Fernsehsignal mit 900
Zeilen ohne Zeilensprung mit 50 Hz Bildwechselfrequenz umge
wandelt werden. Vorteilhaft mit der Verwendung des dort be
nutzten bildpunktweisen Bewegungsdetektorsignals oder eines
anderen Bewegungsdetektorsignals kann dann aus diesem
Fernsehsignal bewegungsadaptiv ein Fernsehsignal mit 900 Zei
len ohne Zeilensprung mit 75 Hz Bildwechselfrequenz erzeugt
werden.
Für eine Signalverarbeitung der erfindungsgemäßen Art eignet
sich z.B. ein Transcoder.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an
hand der Zeichnungen erläutert.
Diese zeigen in
Fig. 1 Blockdiagramm eines Fernsehempfängers mit einem
Transcoder
Fig. 2 räumlich-zeitliches Bildpunkt-Abtastraster eines
Transcoders 50/2:1 nach 100/2:1
Fig. 3 Blockdiagramm eines Transcoders für digitale
Videosignale
Fig. 4 räumlich-zeitliches Bildpunkt-Abtastraster
eines erfindungsgemäßen Transcoders 50/1:1 nach
75/1:1
Fig. 5 Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen
Transcoders
Fig. 6 Ein Zeitdiagramm des erfindungsgemäßen
Transcoders
Fig. 7 Ein Ladungs-Zeit-Diagramm für einen Speicher
des erfindungsgemäßen Transcoders
Fig. 1 zeigt einen Fernsehgeräte-Tuner 10, einen ZF-Ver
stärker 11 und einen Demodulator 12, der ein Audiosignal,
ein Luminanzsignal und ein Chrominanzsignal bereitstellt.
Diese Signale werden z.B. sequentiell übertragen.
Das Audiosignal wird in Schaltung 161 verarbeitet, in Schal
tung 162 verstärkt und einem Lautsprecher 163 zugeführt.
Das Luminanzsignal wird im A/D-Wandler 131 digitalisiert und
das Chrominanzsignal im A/D-Wandler 132. Beide werden zu ei
nem Transcoder 14 weitergeleitet.
In einer Ausführungsform gemäß P 38 31 524 wandelt der Trans
coder ein Eingangssignal von z.B. 1250 Zeilen mit Zeilen
sprung und 50 Hz Bildwechselfrequenz in ein Ausgangssignal
von 1250 Zeilen mit Zeilensprung und 100 Hz Bildwechselfre
quenz.
In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wandelt der
Transcoder ein Eingangssignal von z.B. 1250 Zeilen mit Zei
lensprung und 50 Hz Bildwechselfrequenz zunächst gemäß
P 38 03 835 bewegungsadaptiv in ein Fernsehsignal mit 900
Zeilen ohne Zeilensprung und 50 Hz Bildwechselfrequenz um.
Dieses Fernsehsignal wird dann bewegungsadaptiv in ein Aus
gangssignal von 900 Zeilen ohne Zeilensprung mit 75 Hz Bild
wechselfrequenz transcodiert.
Die Luminanz- und Chrominanz-Ausgangssignale des Transcoders
14 werden über die D/A-Wandler 151 bzw. 152 einer Matrix 17
zugeführt, dort in RGB-Signale umgeformt und über den RGB-
Verstärker 18 auf dem Display 19 wiedergegeben.
Fig. 2 zeigt ein in P 38 31 524 vorgeschlagenes Verfahren,
wie aus Bildpunkten eines Fernsehsignals mit Zeilensprung
und z.B. 50 Hz Bildwechselfrequenz ein Fernsehsignal mit
Zeilensprung und doppelter Bildwechselfrequenz (100 Hz) ge
bildet werden kann.
Es sind Bildpunkte 211, 232, 251 von Halbbildern eines ankom
menden Fernsehsignals und Bildpunkte 211, 222, 231, 242, 251
von Halbbildern eines erzeugten Fernsehsignals mit doppelter
Bildwiedergabefrequenz im zeitlichen Verlauf 20, im Verlauf
in horizontaler bzw. Zeilen-Richtung 201 und im Verlauf in
vertikaler Richtung 202 dargestellt.
Die Bildpunkte 222, 231, 242 und die anderen Bildpunkte ent
sprechender Zeilen im jeweiligen Halbbild sind im ankommen
den Signal nicht vorhanden und müssen deshalb interpoliert
werden. Dies geschieht bewegungsadaptiv.
Wenn der Bildinhalt am jeweiligen Bildpunkt statisch ist,
werden für die Luminanz- bzw. Chrominanz-Bildpunkte 222 die
empfangenden Luminanz- bzw. Chrominanz-Bildpunkte 232, für
die Luminanz- bzw. Chrominanz-Bildpunkte 231 die empfangenen
Luminanz- bzw. Chrominanz-Bildpunkte 211 und für die Lumi
nanz- bzw. Chrominanz-Bildpunkte 242 die empfangenen Lumi
nanz- bzw. Chrominanz-Bildpunkte 232 eingesetzt. Dies gilt
entsprechend für die anderen zu interpolierenden Bildpunkte
der jeweiligen Halbbilder.
Wenn der Bildinhalt am jeweiligen Luminanz-Bildpunkt dyna
misch ist, werden zunächst zwischen den Zeilen der empfange
nen Halbbilder neue Zeilen 212, 231, 252 interpoliert. Da
durch werden aus den Eingangs-Halbbildern mit Zeilensprung
Vollbilder ohne Zeilensprung.
Die Bildpunkte 222 werden dann aus Bildpunkten 212 und 232
interpoliert und die Bildpunkte 242 aus Bildpunkten 232 und
252. Zum Beispiel wird der Luminanz-Bildpunkt 223 aus den Luminanz-
Bildpunkten 213 und 233 berechnet. Dazu werden die sechs
Bildpunkte 213 und 233 der Größe ihres Zahlenwertes nach sor
tiert und die beiden in der Mitte der Rangfolge einsortier
ten ausgewählt. Von ihnen wird der arithmetische Mittelwert
gebildet. Dieser Mittelwert wird dann als Bildpunkt 223 und
mit den entsprechenden anderen Bildunkten zusammen als ein
zweites Halbbild wiedergegeben. Entsprechend werden die Bild
punkte 242 als ein viertes Halbbild wiedergegeben.
Als ein erstes Halbbild wird das erste empfangene Halbbild
und als ein fünftes wird das dritte empfangene Halbbild wie
dergegeben. Als ein drittes Halbbild wird das interpolierte
Halbbild, welches aus den Bildpunkten 231 und entsprechenden
besteht, wiedergegeben.
Wenn der Bildinhalt am jeweiligen Chrominanz-Bildpunkt dyna
misch ist, wird der Bildpunkt 223 als arithmetischer Mittel
wert des mittleren Bildpunkts von 213 und des mittleren Bild
punkts von 233 wiedergegeben.
Fig. 3 zeigt einen Transcoder, wie er in P 38 31 524 vorge
schlagen wurde, der das Verfahren nach Fig. 2 anwendet. In
den Speichern 311 und 312 werden jeweils zwei ankommende
Halbbilder in Form eines Vollbildes gespeichert. Während der
eine Speicher ankommende Halbbilder speichert, werden die
gespeicherten und zu Vollbildern zusammengefügten Halbbilder
bildpunktweise einem Umschalter 321 und von dort einem weite
ren Umschalter 301 und parallel geschalteten Zeilenspeichern
331 zugeführt.
Ein weiterer Umschalter 341 leitet parallel Bildpunkte aus
den Zeilenspeichern 331 zu den parallel geschalteten Verti
kalfiltern 351. Dort wird jeweils aus mehreren, z.B. vier,
vertikal benachbarten Bildpunkten eines Halbbilds ein in der
Mitte der vier Bildpunkte liegender Bildpunkt in jeweils an
derer Halbbildlage berechnet. Solche Bildpunkte sind in
Fig. 2 als 212, 231 und 252 dargestellt.
Ein Bewegungsdetektor 30 entscheidet für jeden Bildpunkt zei
lenweise fortlaufend, ob bei statischem Bildinhalt empfange
ne Bildpunkte aus Umschalter 321 oder bei dynamischem Bildin
halt empfangene bzw. im Halbbild interpolierte Bildpunkte
aus den Vertikalfiltern 351 zu einem Speicher 361 und zu ei
nem Medianwertbildner 371 weitergeleitet werden. Am Eingang
und Ausgang des Vollbildspeichers 361 sind Stützwerte (213
und 233 in Fig. 2) für den Medianwertbildner abgreifbar.
Im Umschalter 391 werden je nach auszugebendem Halbbild ent
weder Bildpunkte (211, 231 oder 251 in Fig. 2) aus dem Spei
cher 361 oder durch einen Halbbildspeicher 381 verzögerte
Bildpunkte (222 oder 242 in Fig. 2) aus dem Medianwertbild
ner 371 zum Ausgang weitergeleitet.
Dem Medianwertbildner 371 werden für jeden ausgegebenen Bild
punkt (223 in Fig. 2) sechs Bildpunkte (213 und 233 in
Fig. 2) zugeführt. Bei dynamischen Bildinhalt wird der Bild
punkt (223 in Fig. 2) wie für Fig. 2 beschrieben berechnet.
Bei statischem Bildinhalt wird durch den Bewegungsdetektor
30 gesteuert der Bildpunkt (223 in Fig. 2) nur aus dem arith
metischen Mittelwert aus dem mittlerem der drei Bildpunkte
(213 in Fig. 2) und dem mittleren der anderen drei Bildpunk
te (233 in Fig. 2) gebildet.
Entsprechend dem beschriebenen Zweig des Transcoders in
Fig. 3 für die Luminanz arbeitet der andere Zweig des Trans
coders für die Chrominanz.
Die Schaltungen 313 und 314 entsprechen den Schaltungen 311
und 312, 322 entspricht 321, 332 entspricht 331, 342 ent
spricht 341, 352 entspricht 351, 302 entspricht 301, 362 ent
spricht 361, 372 entspricht 371, 382 entspricht 381, 392 ent
spricht 391.
Die parallelen Vertikalfilter 352 können z.B. eine Mittel
wertbildung durchführen. Entsprechend weniger parallele Ver
tikalfilter 352 und Zeilenspeicher 332 werden benötigt. Die
Schaltung 372 arbeitet für statische und dynamische Bildtei
le wie die Schaltung 371 für statische Bildteile, d.h. sie
bildet nur einen arithmetischen Mittelwert.
Zur Reduzierung des benötigten Speicherplatzes werden nur
aktive Bildpunkte gespeichert.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren, wie aus Luminanz- oder Chromi
nanz-Bildpunkten eines Fernsehsignals ohne Zeilensprung und
z.B. 50 Hz Bildwechselfrequenz ein Fernsehsignal ohne Zei
lensprung mit 1,5facher Bildwechselfrequenz (75 Hz) gebildet
werden kann.
Die Bildpunkte 461, 462, 471, 472 und die anderen Bildpunkte
entsprechender Zeilen im jeweiligen Vollbild sind im ankom
menden Signal nicht vorhanden und müssen deshalb interpo
liert werden. Dies kann bewegungsadaptiv geschehen.
Es sind Bildpunkte 411, 412, 431, 432, 451, 452 aus Vollbil
dern eines ankommenden Fernsehsignals und Bildpunkte 411,
412, 461, 462, 471, 472, 451, 452 eines erzeugten Fernsehsi
gnal mit eineinhalbfacher Bildwiedergabefrequenz im zeitli
chen Verlauf 40, im Verlauf in horizontaler bzw. Zeilen-Rich
tung 401 und im Verlauf in vertikaler Richtung 402 darge
stellt.
Um bei dynamischen Bildinhalt an entsprechenden Luminanz-
Bildpunkten z.B. den Luminanz-Bildpunkt 463 bzw. 473 zu be
rechnen, wird zunächst ein Zwischenwert in der zeitlichen
Lage 423 bzw. 443 ermittelt. Dies geschieht z.B. durch eine
Medianwertbildung, wie sie für Fig. 2 beschrieben ist. Dazu
werden jeweils die z.B. sechs Bildpunkte 413 und 433 der
Größe ihres Zahlenwertes nach sortiert und die beiden in der
Mitte der Rangfolge einsortierten ausgewählt. Von ihnen wird
der arithmetische Mittelwert gebildet. Dieser Mittelwert er
gibt den Zahlenwert für den Zwischenwert 423. Die Zahlenwer
te von 413 sind z.B. (127, 132, 125) und die Zahlenwerte
von 433 sind z.B. (130, 195, 220). Die sortierte Rangfolge
ist dann (220, 195, 132, 130, 127, 125) und es wird der
arithmetische Mittelwert von (132, 130) gebildet. Der Zwi
schenwert erhält dann den Wert 131. Zu den jeweils sechs
Bildpunkten 413 und 433 können auch die jeweils links und
rechts von 413 und 433 in der Zeile benachbarten Bildpunkte
hinzugenommen werden, sodaß für die Medianwertbildung z.B.
zehn Bildpunkte verwendet werden. Bei statischem Bildinhalt
kann der Zwischenwert 423 aus dem arithmetischen Mittelwert
des mittleren der drei Bildpunkte 413 und des mittleren der
drei Bildpunkte 433 berechnet werden oder es kann für Bild
punkt 463 bzw. 473 direkt der mittlere der Bildpunkte 413
bzw. 433 eingesetzt werden.
Für ein Chrominanzsignal kann unabhängig von Bewegung im
Fernsehbild immer der entsprechende arithmetische Mittelwert
wie für das Luminanzsignal bei statischem Bildinhalt aus
Bildpunkten gleicher Farbkomponente gebildet werden.
Es kann aber auch bei an entsprechenden Bildpunkten dynami
schen Chrominanzsignalen die Medianwertbildung entsprechend
der Medianwertbildung für die entsprechenden Luminanzsignale
erfolgen, aber mit anderen Eingangsbildpunkten. Diese sind
für den Bildpunkt 423 z.B. die mittleren Bildpunkte von 413
und 433 und die links und rechts in der Zeile benachbarten
Bildpunkte von 413 und 433 gleicher Farbkomponente. Dadurch
wird die U-Komponente eines Chrominanzbildpunktes aus zwei
von sechs U-Komponenten von empfangenen Chrominanzbildpunk
ten bzw. die V-Komponente eines Chrominanzbildpunktes aus
zwei von sechs V-Komponenten von empfangenen Chrominanzbild
punkten gebildet.
Der Bildpunkt 463 bzw. 473 des Luminanz- bzw. Chrominanzsi
gnals kann dann z.B. folgendermaßen berechnet werden:
Der einfache Wert des mittleren Bildpunkts von 433 und der
zweifache Wert des Zwischenwertes 423 bzw. 443 werden ad
diert und die Summe durch drei geteilt. Das Ergebnis ist der
Wert für Bildpunkt 463 bzw. 473.
Entsprechend werden die anderen Bildpunkte 461, 462 bzw.
471, 472 des ausgehenden Luminanz- bzw. Chrominanzsignals
berechnet.
Wenn der Bildinhalt an entsprechenden Bildpunkten statisch
ist, können die Bildpunkte 461, 462 bzw. 471, 472 des Lumi
nanz- bzw. Chrominanzsignals folgendermaßen erhalten werden:
Für die Bildpunkte 461, 462 werden die Bildpunkte 411, 412
eingesetzt und für die Bildpunkte 471, 472 werden die Bild
punkte 431, 432 eingesetzt.
Als ein erstes Vollbild 411, 412 wird ein erstes empfangenes
Vollbild 411, 412 wiedergegeben, als ein zweites Vollbild
461, 462 wird ein aus dem ersten 411, 412 und zweiten 431,
432 empfangenen Vollbild interpoliertes Vollbild wiedergege
ben, als ein drittes Vollbild 471, 472 wird ein aus dem zwei
ten 431, 432 und dritten 451, 452 empfangenen Vollbild inter
poliertes Vollbild wiedergegeben und als ein viertes Voll
bild 451, 452 wird ein drittes empfangenes Vollbild 451, 452
wiedergegeben.
Fig. 5 zeigt einen Transcoder, dem am Luminanz-Eingang ein
Transcoder 50 gemäß P 38 03 835 vorgeschaltet ist. Der Trans
coder 50 erzeugt aus einem Fernsehsignal mit z.B. 1250 Zei
len mit Zeilensprung und 50 Hz Bildwechselfrequenz bewegungs
adaptiv ein Fernsehsignal mit 900 Zeilen ohne Zeilensprung
und 50 Hz Bildwechselfrequenz. Das bildpunktweise Bewegungs
detektorsignal aus dem Transcoder 50 wird auch im Transcoder
51 für Chrominanzsignale und für die Schaltungen 521 und 522
benutzt. Der Transcoder 51 kann wie Transcoder 50 aufgebaut
sein. Er braucht aber keinen eigenen Bewegungsdetektor.
Im Speicher 511 wird jeweils ein Luminanz-Vollbild gespei
chert. Für ein erstes weiterzuleitendes Vollbild wird das in
511 gespeicherte Vollbild dem Umschalter 531 zugeführt (411,
412 in Fig. 4). Das ankommende Luminanzsignal (431, 432 in
Fig. 4) und das bereits vorher gespeicherte Signal (411, 412
in Fig. 4) aus 511 sowie das Bewegungsdetektorsignal werden
einem Medianwertbildner 521 zugeführt. Dieser Medianwertbild
ner 521 arbeitet wie für Fig. 4 beschrieben. Bei dynamischen
Bildinhalt werden aus z.B. sechs Bildpunkten (413 und 433
in Fig. 4) zwei ausgewählt und deren arithmetischer Mittel
wert dem Umschalter 531 zugeführt und bei statischem Bildin
halt der arithmetische Mittelwert von zwei Bildpunkten (der
jeweils mittlere von 413 bzw. 433 in Fig. 4), wobei die aus
521 kommenden Bildpunkte ein zweites weiterzuleitendes Voll
bild darstellen. Anschließend werden die neu eingespeicher
ten Bildpunkte (431, 432 in Fig. 4) aus 511 ausgelesen und
bilden ein drittes weiterzuleitendes Vollbild. Danach werden
die gespeicherten Bildpunkte (431 und 432 in Fig. 4) aus 511
und ankommende und in 511 zu speichernde Bildpunkte (451
und 452 in Fig. 4) über den Medianwertbildner 521 dem Um
schalter 531 zugeführt und bilden ein viertes weiterzuleiten
des Vollbild. Dieser Vorgang, d.h. abwechselndes Auslesen
von 511 und Auslesen von 511 und ankommenden Bildpunkten,
verbunden mit Medianwertbildung, wird kontinuierlich fortge
setzt. Dadurch entsteht am Ausgang des Umschalters 531 ein
Fernsehsignal ohne Zeilensprung mit verdoppelter Bildwechsel
frequenz.
Dieses Signal wird über einen Vollbildspeicher 541 und Multi
plizierer 551 sowie über einen Vollbildspeicher 542 und ei
nen Multiplizierer 552 einem Addierer 561 zugeführt. Die
Speicher 541 und 542 werden abwechselnd mit dem ankommenden
Signal mit 100 Hz Bildwechselfrequenz geladen und für ein
ausgehendes Signal mit 75 Hz Bildwechselfrequenz entladen.
Die Speicher 541 und 542 können vom Typ "FIFO mehrfach aus
lesbar" sein. FIFO bedeutet: first in, first out.
Dieser Vorgang ist in Fig. 6 dargestellt. Im Verlauf einer
Zeitachse 60 sind Blöcke 61 dargestellt, die den eingelese
nen Speicherinhalt, z.B. Bildpunkte "(412)" aus Fig. 4, im
jeweiligen Speicher, z.B. "541" aus Fig. 5, zeigen.
Zusätzlich sind Blöcke 62 dargestellt, die den ausgelesenen
Speicherinhalt, z.B. Bildpunkte "(412)" aus Fig. 4, der je
weiligen Speicher,z.B. "541+542" aus Fig. 5, zeigen, so
wie Zuordnungspfeile 63, die andeuten, aus welchen Blocks 61
die jeweiligen Bildpunkte kommen, sowie Multiplikationsfakto
ren 64, die den jeweiligen Wichtungsfaktor für die jeweili
gen Blocks 61 von Bildpunkten angeben.
Der Multiplizierer 541 wechselt z.B. für jedes ausgelesene
Vollbild zwischen den Faktoren 1 und 1/3 und der Multipli
zierer 542 z.B. zwischen den Faktoren 0 und 2/3, wie man
aus Fig. 6 erkennen kann.
Der Addierer 561 gibt jeweils die Summe zweier mit den jewei
ligen Faktoren multiplizierten Bildpunkte als Luminanz-Aus
gangssignal des Transcoders ab.
Fig. 7 zeigt ein Ladungs-Zeit-Diagramm des Speichers 541 aus
Fig. 5 zwischen den Zeitpunkten t = 20 ms und t = 50 ms aus
Fig. 6, eine Ladungsskala 70, einen ersten Ladevorgang 71,
einen zweiten Ladevorgang 72 und einen Auslesevorgang 73.
Vom Zeitpunkt t = 20 ms bis t ≈ 30 ms wird ein ankommendes
Vollbild in den Speicher 541 geladen 71. Vom Zeitpunkt
t ≈ 20 ms bis t ≈ 33 ms wird das Vollbild wieder ausgelesen.
Vom Zeitpunkt t ≈ 33 ms bis t ≈ 47 ms wird der Speicher 541
ein zweites Mal ausgelesen, allerdings wird ab Zeitpunkt t =
40 ms ein neues Vollbild geladen.
Fig. 7 verdeutlicht, daß nicht ein Bildinhalt ausgelesen
wird, der bereits durch einen neuen überschrieben wurde.
Zum Beispiel ist zum Zeitpunkt t 1 ≈ 40 ms bereits die Hälfte des
Vollbilds aus Speicher 541 ausgelesen, wenn der Einlesevor
gang für ein neues Vollbild in Speicher 541 beginnt. Zum
Zeitpunkt t 2 ≈ 45 ms ist bereits ≈ 7/8 des alten Vollbilds
ausgelesen, während das neue erst zu ≈ 50% geladen ist.
Der Multiplizierer 541 arbeitet z. B. mit den Faktoren 1 und
1/3, der Multiplizierer 542 z. B. mit den Faktoren 0 und
2/3, so daß die summierten Faktoren jeweils 1 ergeben.
Entsprechend dem beschriebenen Zweig des Transcoders in
Fig. 5 für die Luminanz arbeitet der andere Zweig des Trans
coders für die Chrominanz.
Der Speicher 512 entspricht Speicher 511, Medianwertbildner
522 entspricht, wie für Fig. 4 beschrieben, Medianwertbild
ner 521, Umschalter 532 entspricht Umschalter 531, Speicher
543 und Multiplizierer 553 entsprechen Speicher 541 und
Multiplizierer 551, Speicher 544 und Multiplizierer 554 ent
sprechen Speicher 542 und Multiplizierer 552, Addierer 562
entspricht Addierer 561.
Der Transcoder gemäß Fig. 5 kann durch Anhängen eines weite
ren FIFO-Speichers auch ein Bildsignal mit Zeilensprung er
zeugen, indem am Ausgang nur jede zweite Zeile mit entspre
chender Halbbildlage und halbiertem Auslesetakt wiedergege
ben wird.
Der Transcoder gemäß Fig. 5 kann auch ein Eingangssignal oh
ne Zeilensprung, z.B. 900 Zeilen, 50 Hz, verarbeiten, wenn
die Transcoder 50 und 51 in Fig. 5 entfallen und ein zusätz
licher Bewegungsdetektor angeordnet ist, wie er z.B. in
P 38 09 249 vorgeschlagen ist.
Ein solcher Transcoder kann auch Bildsignale mit Zeilen
sprung, gleicher Zeilenzahl und z.B. 50 Hz Bildwechselfre
quenz als Eingangssignal verwenden, wenn das Eingangssignal
mit Zeilensprung bewegungsadaptiv in ein Eingangssignal ohne
Zeilensprung umgewandelt wird. Für diese bewegungsadaptive
Umwandlung und die Steuerung der Medianwertbildner 521 bzw.
522 aus Fig. 5 kann dann der Bewegungsdetektor gemeinsam ver
wendet werden.
Claims (12)
1. Signalverarbeitungssystem für digitale Videosignale zur
Umsetzung eines Bildsignals einer ersten Norm in ein
Bildsignal ohne Zeilensprung einer zweiten Norm,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Bildwechselfrequenz des Bildsignals der zweiten Norm das Eineinhalbfache der Bildwechselfrequenz des Bildsignals der ersten Norm ist,
- b) Zwischenwerte (422, 442) zur Berechnung des Bildsignals der zweiten Norm gebildet werden,
- c) die Zwischenwerte (422, 442) und Bildpunkte (411, 412, 431, 432, 451, 452) des Bildsignals der ersten Norm je weils einen gewichteten Anteil für Bildpunkte (411, 412, 461, 462, 471, 472, 451, 452) des Bildsignals der zweiten Norm bilden,
- d) die Wichtung abhängig ist von dem zeitlichen Abstand der Bildpunkte (411, 412, 461, 462, 471, 472, 451, 452) des Bildsignals der zweiten Norm von den entsprechenden Zwischenwerten (422, 442) und von den entsprechenden Bildpunkten (411, 412, 431, 432, 451, 452) des Bildsi gnals der ersten Norm.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Berechnung der Bildpunkte (461, 462, 471, 472) des Bild
signals der zweiten Norm bewegungsadaptiv ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwischenwerte (422, 442) bei dynamischen Bildin
halten durch ein Medianfilter (521, 522) ermittelt wer
den.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für
Luminanzbildpunkte (461, 462, 471, 472) des Bildsignals
der zweiten Norm zur Berechnung von Zwischenwerten
(423) jeweils eine bestimmte Anzahl 2+4n von Bildpunk
ten (413, 433), die aus Bildpunkten des Bildsignals der
ersten Norm abgeleitet sind, der Größe ihres Zahlen
werts nach sortiert werden, wobei die Zwischenwerte
(423) in der zeitlichen Mitte zwischen entsprechenden
Bildpunkten des Bildsignals der ersten Norm liegen und
der arithmetische Mittelwert aus den beiden in der Mit
te der Rangfolge einsortierten Bildpunkten gebildet
wird.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für
die Berechnung der Zwischenwerte (423) folgende Bild
punkte des Bildsignals der ersten Norm verwendet werden:
- a) der, bezogen auf den jeweiligen Zwischenwert, zeitlich vorhergehende Bildpunkt gleicher räumlicher Lage des Bildsignals der ersten Norm,
- b) die in der gleichen Zeile links und rechts von diesem Bildpunkt gelegenen Bildpunkte des Bildsignals der er sten Norm,
- c) der, bezogen auf den jeweiligen Zwischenwert, zeitlich folgende Bildpunkt gleicher räumlicher Lage des Bildsi gnals der ersten Norm,
- d) die in der gleichen Zeile links und rechts von diesem Bildpunkt gelegenen Bildpunkte des Bildsignals der er sten Norm.
6. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß für Chrominanzbildpunkte (461, 462, 471, 472) des
Bildsignals der zweiten Norm zur Berechnung von Zwi
schenwerten (423), die in der zeitlichen Mitte zwischen
entsprechenden Bildpunkten (411, 412, 431, 432, 451,
452) des Bildsignals der ersten Norm liegen, der arith
metische Mittelwert aus dem, bezogen auf den jeweiligen
Zwischenwert (423), zeitlich vorhergehenden und dem
zeitlich folgenden Bildpunkt gleicher räumlicher Lage
gebildet wird.
7. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Chrominanzbildpunkte (461, 462, 471, 472) des
Bildsignals der zweiten Norm, die zeitlich zwischen ent
sprechenden Bildpunkten des Bildsignals der ersten Norm
liegen, ohne Berechnung von Zwischenwerten aus gewichte
ten Anteilen, entsprechend dem jeweiligen zeitlichen
Abstand zu den entsprechenden Bildpunkten (411, 412,
431, 432, 451, 452) des Bildsignals der ersten Norm,
von entsprechenden Bildpunkten gleicher Farbkomponente
des Bildsignals der ersten Norm gebildet werden.
8. System nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß für Chrominanzbildpunkte (461, 462, 471, 472)
des Bildsignals der zweiten Norm zur Berechnung von Zwi
schenwerten (423) Bildpunkte gleicher Farbkomponente
(U, V) des Bildsignals der ersten Norm verwendet werden.
9. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige
Wichtung durch Multiplikation mit einem der Faktoren 0,
1/3, 2/3 oder 1 geschieht.
10. System nach einem oder mehreren der vorhergeheden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für ein Bildsignal
der ersten Norm mit Zeilensprung (411, 432, 451) eine
bewegungsadaptive Umsetzung auf ein Bildsignal der er
sten Norm ohne Zeilensprung (411, 412, 431, 432, 451,
452) durchgeführt wird.
11. Schaltung für ein System entsprechend der vorher be
schriebenen Art, versehen mit einem ersten Speicher
(511) für Luminanzbildpunkte, dem ein Medianwertbildner
(521) nachgeschaltet ist, dessen Eingänge mit einem Ein
gang und mit einem Ausgang des ersten Speichers (511)
und mit einem Bewegungsdetektor (in 50) verbunden sind,
mit einem Umschalter (531), dessen Eingänge dem Ausgang
des ersten Speichers (511) und einem Ausgang des Median
wertbildners (531) nachgeschaltet sind, mit einem zwei
ten Speicher (541) mit nachgeschaltetem ersten Multipli
zierer (551), mit einem dritten Speicher (542) mit nach
geschaltetem zweiten Multiplizierer (552), wobei der
Ausgang des Umschalters (531) mit Eingängen der zweiten
und dritten Speicher (541 und 542) verbunden ist, und
mit einem Addierer (561), dessen Eingänge den ersten
und zweiten Multiplizierern (551 und 552) nachgeschal
tet sind.
12. Schaltung nach Anspruch 11, versehen mit einem vierten
Speicher (512) für Chrominanzbildpunkte, dem ein Mittel
wertbildner (522) oder ein Medianwertbildner (522) nach
geschaltet ist, dessen Eingänge mit einem Eingang und
mit einem Ausgang des vierten Speichers (512) und im
Fall des Medianwertbildners (522) mit einem Bewegungsde
tektor (in 50) verbunden sind, mit einem Umschalter
(532), dessen Eingänge dem Ausgang des vierten Spei
chers (512) und einem Ausgang des Mittelwert- bzw. Medi
anwertbildners (522) nachgeschaltet sind, mit einem
fünften Speicher (543) mit nachgeschaltetem dritten
Multiplizierer (553), mit einem sechsten Speicher (544)
mit nachgeschaltetem vierten Multiplizierer (554), wo
bei der Ausgang des Umschalters (532) mit Eingängen der
fünften und sechsten Speicher (543 und 544) verbunden
ist, und mit einem Addierer (562), dessen Eingänge den
dritten und vierten Multiplizierern (553 und 554) nach
geschaltet sind.
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